Paul Simmonds kijkt naar zijn moleculaire bundel epitaxie (MBE) systeem zoals andere jongens een appelrode Porsche doen. De sci-fi uitziende machine die werd gebruikt om nieuwe materialen op atomair niveau te ontwerpen en te creëren, verlicht zijn ogen met pure vreugde.

MBE is een geavanceerde techniek die het mogelijk maakt om volledig nieuwe materialen te ontwerpen en te creëren die niet in de natuur voorkomen. Door extreme vacuüm- en temperatuuromstandigheden te creëren, het instrument dwingt atomen te combineren tot unieke kristallagen op nanoschaal. Door extra lagen designerkristallen toe te voegen, nieuwe materialen kunnen worden gemaakt met specifieke of ongebruikelijke eigenschappen.

Simmonds, afgestudeerd aan Cambridge, kwam in oktober naar Boise State van de Universiteit van Californië, Los Angeles, waar hij leiding gaf aan het Integrated NanoMaterials Lab. Daarvoor, hij bracht tijd door als postdoc bij Yale. Hij is nu een assistent-professor bij zowel de afdeling Natuurkunde als de afdeling Materials Science and Engineering.

Een belangrijke onderhandeling tijdens het interviewproces was zijn vermogen om een ​​MBE-systeem aan te schaffen voor zijn lab in Boise State. Hoewel hij geen spiksplinternieuw model kreeg, die meer dan een miljoen dollar kost, hij vond er een die was gebruikt door de luchtmacht en gelieerde ondernemingen en hij heeft hem opgeknapt en aangepast in zijn laboratorium in het multifunctionele klaslokaal.

Hoewel er nog veel werk moet worden verzet om het volledig operationeel te krijgen, het zal een waardevolle nieuwe bron zijn voor de faculteit en studenten van Boise State en voor leden van de industrie die met Simmonds willen samenwerken in hun onderzoek.

"MBE stelt ons in staat om de eigenschappen van nieuwe kristallen met voortreffelijke precisie te controleren, tot op atomair niveau, "Zei Simmonds. "We kunnen nanomaterialen kweken met eigenschappen van slechts enkele miljardsten van een meter breed, en zelfs bepalen hoeveel elektronen ze in zich hebben."

In een notendop, Dit is hoe het werkt.

De machine lijkt een beetje op een atomaire spuitbus. Verschillende "armen" zijn geladen met elementen zoals germanium of aluminium, die vervolgens als atomen op een substraatoppervlak in een vacuümkamer worden gestraald. De atomen aan het oppervlak sorteren zichzelf uiteindelijk in een patroon, en blijf dit doen totdat een stevig oppervlak is gevormd. Er wordt dan een nieuwe laag gestart en het proces herhaalt zich totdat, soms vele uren later, het eindproduct is bereikt.

"De kracht hiervan is dat het zo veelzijdig is, ' zei Simmonds. 'Je kunt allerlei soorten materialen maken - metalen, oxide materialen, halfgeleiders..."

Het proces controleert ook de zuiverheid van het materiaal. Er zijn snellere methoden, maar ze kunnen niet concurreren met het materiaal, kwaliteit, resolutie en controle aangeboden door MBE.

Simmonds is van plan voort te bouwen op eerder onderzoek dat hij deed naar een familie van halfgeleider-nanostructuren die III-V-kwantumdots worden genoemd. Quantum dots zijn handig om licht om te zetten in elektriciteit, of elektriciteit in licht. Zijn eerste project zal deze technologie gebruiken om een ​​nieuw soort apparaat te maken om restwarmte te oogsten en om te zetten in bruikbare elektriciteit. Een voorbeeld van restwarmte is een elektriciteitscentrale die een percentage van de door gas opgewekte warmte-energie verliest, kolen of kernenergie.

"Als we deze warmte die anders verloren gaat kunnen opvangen en met onze apparaten in elektriciteit kunnen omzetten, dan gaat het algehele rendement van de centrale aanzienlijk omhoog, " zei hij. Hij is momenteel op zoek naar subsidies om deze onderzoekslijn te financieren.

Simmonds zei dat MBE-systemen in laboratoria over de hele wereld worden gebruikt om de grenzen van de natuurkunde te verleggen, materiaal kunde, Elektrotechniek, scheikunde en meer.

"Het aantal dingen dat ze kunnen doen is enorm, " hij zei, "en ze zijn zeer interdisciplinair."